近日,，光電材料與技術學院碩士研究生高苑鑫和楊凱分別以第一作者在國際著名期刊《ACS Energy Letters》（IF=19.3）和《Small》（IF=13.0）發(fā)表研究論文,。江漢大學為第一完成單位,，指導老師為劉志宏教授和柴敬超副教授。

鋰離子電池因為能量密度高,、循環(huán)壽命長等優(yōu)點已經(jīng)廣泛應用于各類產(chǎn)品中,。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的是易揮發(fā),、閃點低的碳酸酯電解液,，使得電池存在燃燒、漏液的風險,。高苑鑫等與香港城市大學合作,，利用酰胺類化合物沸點高、閃點高的優(yōu)點,，開發(fā)出耐高溫深共晶電解質體系,。結合碳酸乙烯亞乙酯（VEC）在鋰金屬表面優(yōu)先反應而形成穩(wěn)定的界面層，提高鋰金屬界面穩(wěn)定性,。分子動力學模擬發(fā)現(xiàn)VEC參與了電解質中的鋰離子的溶劑化結構形成,，促進了VEC在正負極表面的遷移，使得VEC在鋰金屬表面發(fā)生還原反應,，形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質界面膜（如圖1）,。最終，VEC的引入有效地提升了鋰離子電池在高溫下的循環(huán)性能,，電池的容量持率大幅提升至82.3%（550次循環(huán)）,。研究結果表明，酰胺基電解質在高溫鋰金屬電池中有潛在應用價值,。相關成果以《Molecular Engineering Enabled Stable Deep Eutectic Amide-based Electrolyte for High-temperature Lithium-metal Batteries”為題發(fā)表于《ACS Energy Letter》,。

圖1. 使用VEC和未使用VEC電解質在鋰金屬表面的反應（ACS Energy Letters）

楊凱等與中國科學院大連化學物理研究所合作，利用高性能樹脂酚酞聚醚酮(PEK-C)和酚酞聚醚砜(PES-C)作為正極粘合劑,，替代傳統(tǒng)聚偏氟乙烯（PVDF）粘結劑,，成功在電解質-電極界面構建了正極-電解質界面層/粘合劑復合層。聚芳醚粘合劑具有優(yōu)異粘結強度和超高模量,，對水分耐受性高,，不含氟元素對環(huán)境友好等優(yōu)點?；诰鄯济颜澈蟿┑闹谱麟姌O比聚偏氟乙烯(PVDF)粘合劑電極具有更好的循環(huán)和倍率性能,，而且正極-電解質界面層/粘合劑復合層可有效緩解正極-電解質界面處的不良副反應（如圖2）,。使用酚酞聚芳醚粘合劑的LCO電池在高截止電壓4.5V和4.6V下經(jīng)過200次和500次循環(huán)后容量保持率分別為88.92%和80.4%。相關成果以 《Exploring phenolphthalein polyarylethers as high-performance alternative binders for high-voltage cathodes in lithium-ion batteries》為題發(fā)表于《Small》,。該工作為開發(fā)新型高性能耐高電壓鋰離子電池粘合劑提供了新思路,。

圖2. PVDF、PEK-C和PES-C的HOMO和LUMO特性的理論計算（Small）

兩項研究成果得到國家自然科學基金,、江漢大學雙一流學科建設重大專項和精細爆破國家重點實驗室基金支持,。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01328

https://doi.org/10.1002/smll.202403993

文：光電材料與技術學院

編輯：趙明

審核：江萱